김성진 교수 이미지 센서 연구팀, 나노기술 및 에너지 분야 최상위 국제 학술지 ‘Nano Energy’ 논문 게재

 ▲ (왼쪽부터) 김성진 교수님, 홍기업 석박통합과정(UNIST), 강주빈 박사후연구원 

본교 시스템반도체공학과/전자공학과 김성진 교수 이미지 센서 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 송명훈 교수 연구팀, 전남대학교 화학공학부 박종현 교수 연구팀과 공동으로 수행한 연구 결과가 나노기술 및 에너지 분야 최상위 국제 학술지인 ‘Nano Energy’에 게재되었다.

Nano Energy는 Elsevier에서 발행하는 국제 학술지로 나노소재와 나노소자를 기반으로 한 에너지, 광전자 소자 및 센서 분야의 연구를 다루며, 피인용지수(Impact Factor) 16.7로 재료 및 나노기술 분야에서 높은 영향력을 가지고 있다.

해당 논문의 제목은 “High dynamic range near-infrared imaging with monolithic Sn-Pb perovskite/CMOS integration”이다.

이번 연구는 자율주행, 로봇 비전, 야간 감시, 바이오 영상 등에 필수적인 근적외선(NIR) 이미지센서에 관한 것으로, 실리콘 CMOS 판독회로 위에 주석(Sn)과 납(Pb)을 혼합한 페로브스카이트 광검출 소자를 직접 집적하여 근적외선 감도와 동적 범위를 동시에 높였다. 기존 실리콘 포토다이오드는 간접 밴드갭 특성으로 인해 근적외선 흡수가 낮고, Sn-Pb 페로브스카이트는 근적외선 흡수가 우수하지만 주석의 산화로 암전류가 커지는 한계가 있었다. 연구팀은 소재 측면에서 정공수송층과 페로브스카이트 사이의 매립 계면에 이중 결합 패시베이션 분자(dNa-4dS)를 도입하여 주석 산화와 계면 결함을 억제함으로써 암전류를 크게 낮추었다. 회로 측면에서는 각 픽셀이 입사광의 세기에 따라 노출 시간을 스스로 조절하는 시간 코드 기반 HDR(High Dynamic Range) 회로를 픽셀 내부에 집적하여 강한 빛에서도 픽셀이 포화되지 않도록 하였다. 그 결과 850 nm 파장에서 66%의 양자효율로 기존 실리콘 포토다이오드(26%)보다 2.5배 높은 감도를 보였으며, 한 장면 안에서 118 dB의 동적 범위를 달성하였다. 향후 고가의 InGaAs 센서를 대체할 수 있는 저비용 고성능 근적외선 영상 플랫폼으로 발전하여 자율주행, 생체 인증, 머신 비전 등 차세대 영상 기술의 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구는 UNIST 신소재공학과 양진규 학생, 울산과학기술원 소속이면서 서강대학교에서 연구하고 있는 홍기업 학생, 서강대학교 시스템반도체공학과 강주빈 학생이 공동 제1저자로 참여하였으며, 삼성전자 미래기술육성센터(SRFC-IT2402-11), 과학기술정보통신부 InnoCORE 사업(1.260007.01), 한국연구재단(RS-2025-02314080)의 지원을 받아 이루어졌다.